در دنیای سیستمهای تعبیهشده و علاقهمندان به الکترونیک، پروتکل رابط جانبی سریال (SPI) نقشی محوری ایفا میکند، بهویژه در کنترل نمایشگرهای LCD و OLED. اما آیا شما واقعاً پیچیدگیهای SPI را درک میکنید، یا تفاوتهای عملی بین پیادهسازیهای SPI 3-سیمه و 4-سیمه چقدر است؟ این مقاله به اصول اصلی SPI و کاربردهای تخصصی آن در کنترلکنندههای نمایشگر میپردازد.
SPI: چاقوی ارتش سوئیس ارتباطات سریال
SPI، یک پروتکل ارتباط سریال همزمان که در اصل توسط موتورولا (اکنون Freescale) توسعه یافته است، در سیستمهای تعبیهشده برای اتصال میکروکنترلرها با لوازم جانبی مانند حسگرها، ماژولهای حافظه و نمایشگرها، همهجا حاضر شده است. محبوبیت آن ناشی از انعطافپذیری، قابلیت سرعت بالا و پیادهسازی سختافزاری ساده آن است.
خطوط سیگنال اصلی SPI
پروتکل SPI استاندارد از چهار خط سیگنال اصلی استفاده میکند:
- SCK (ساعت سریال): سیگنال ساعت تولید شده توسط دستگاه اصلی (معمولاً یک میکروکنترلر) برای همگامسازی انتقال داده.
- MOSI (خروجی اصلی ورودی برده): خط داده برای ارتباط اصلی به برده.
- MISO (ورودی اصلی خروجی برده): خط داده برای ارتباط برده به اصلی.
- SS (انتخاب برده): که با نام CS (انتخاب تراشه) نیز شناخته میشود، این خط یک دستگاه برده خاص را برای برقراری ارتباط فعال میکند.
انتقال داده SPI و معماری اصلی-برده
SPI در یک پیکربندی اصلی-برده کار میکند که در آن اصلی تمام ارتباطات را آغاز میکند. در حالی که از نظر تئوری از ارتباطات دوطرفه کامل پشتیبانی میکند، اکثر برنامههای LCD/OLED از حالت نیمهدوپلکس استفاده میکنند. عملکرد شیفت-رجیستر مانند پروتکل، انتقال دادههای همزمان دوطرفه را امکانپذیر میکند، اگرچه پیادهسازیهای عملی اغلب به فازهای فرمان و داده متوالی نیاز دارند.
SPI در کنترلکنندههای LCD/OLED: معضل 3-سیمه در مقابل 4-سیمه
کنترلکنندههای نمایشگر معمولاً دو نوع SPI را پیادهسازی میکنند: «SPI 3-سیمه» و «SPI 4-سیمه»، که در درجه اول با رویکردشان برای تمایز دستورات از دادهها متمایز میشوند.
SPI 4-سیمه: جداسازی اختصاصی فرمان/داده
پیکربندی 4-سیمه سنتی شامل موارد زیر است:
- SCK (ساعت)
- SS/CS (انتخاب تراشه)
- MOSI/SDA (داده)
- C/D (انتخاب فرمان/داده)
این معماری آینهای از کنترلکنندههای رابط موازی است که رجیسترهای فرمان و داده جداگانه را حفظ میکردند و از خط C/D (که گاهی A0 نامیده میشود) برای جابجایی بین آنها استفاده میکردند.
SPI 3-سیمه: رمزگذاری فشرده فرمان/داده
نسخه 3-سیمه سادهشده، خط C/D اختصاصی را حذف میکند، در عوض این اطلاعات را در جریان داده رمزگذاری میکند:
- SCK (ساعت)
- SS/CS (انتخاب تراشه)
- MOSI/SDA (داده)
در اینجا، یک بیت اضافی (معمولاً MSB) نشان میدهد که آیا انتقال شامل دستورات (1) یا داده (0) است، که در واقع انتقالهای 9 بیتی را به جای انتقالهای 8 بیتی استاندارد ایجاد میکند.
پیادهسازیهای ترکیبی
برخی از کنترلکنندهها از رمزگذاری داده 3-سیمه استفاده میکنند در حالی که از نظر فیزیکی از چهار سیم استفاده میکنند (افزودن MISO برای عملیات خواندن). انواع پیچیدهتر ممکن است یک بیت دهم را برای رمزگذاری عملکرد خواندن/نوشتن ترکیب کنند و ارتباط دوطرفه را از طریق یک خط داده واحد ایجاد کنند.
انتخاب بین SPI 3-سیمه و 4-سیمه
در حالی که SPI 3-سیمه اتصالات فیزیکی را کاهش میدهد، طول انتقال غیر استاندارد آن میتواند پیادهسازیهای سختافزاری SPI را پیچیده کند. پردازندههای مدرن با کنترلکنندههای SPI انعطافپذیر ممکن است انتقالهای 9 بیتی را در خود جای دهند، اما بسیاری از سیستمهای سنتی، SPI 4-سیمه را سادهتر میدانند.
زنجیرهسازی SPI: گسترش اتصال
معماری شیفت-رجیستر مانند SPI آن را برای دستگاههای زنجیرهای مناسب میکند:
- دستگاههای آبشاری مانند شیفت رجیسترهای به هم پیوسته رفتار میکنند
- دادهها از طریق زنجیره از طریق اتصالات MISO→MOSI منتشر میشوند
- اصلی بیتهای کافی (عرض بیت دستگاه × تعداد دستگاه) را قبل از قفل کردن دادهها ساعت میکند
این رویکرد سیستمهای چند دستگاهی را ساده میکند اما تأخیری متناسب با طول زنجیره ایجاد میکند و نیاز دارد که همه دستگاهها از زنجیرهسازی پشتیبانی کنند.
نتیجه
تسلط بر پیادهسازیهای SPI برای توسعهدهندگان تعبیهشده که با فناوریهای نمایشگر کار میکنند ضروری است. انتخاب بین SPI 3-سیمه و 4-سیمه به قابلیتهای سختافزاری خاص و الزامات کنترلکننده بستگی دارد. در حالی که 3-سیمه، صرفهجویی در اتصال را ارائه میدهد، 4-سیمه سازگاری را با سختافزار SPI استاندارد حفظ میکند. درک این تفاوتها، ادغام بهینه نمایشگر را در پروژههای تعبیهشده تضمین میکند.
پیام شما باید بین 20 تا 3000 کاراکتر باشد!